电鳗是如何进化出电器官的?

2022年07月29日 08:57 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

带电的鱼类,如电鳗,由于它们的电器官,可以按物种、性别,甚至按个体来区分其他电鱼,这也使它们能够发送和接收类似于鸟鸣的信息。最近发表在《科学进展》上的研究描述了轻微的基因改变如何使带电的鱼类进化出电器官的。这一发现也可以帮助研究人员确定导致各种人类疾病的基因突变。

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为了让鱼获得电器官,进化必须利用一种基因异常。每条鱼都有同一基因的两个副本,该基因创造了钠离子通道,其功能是微型肌肉马达。带电的鱼类关闭了肌肉中钠通道基因的一个副本,并在其他细胞中打开它,从而进化出电器官。通常导致肌肉收缩的小电机被转化为电信号发生器,一个全新的器官被创造出来了。

得克萨斯大学奥斯汀分校神经科学和综合生物学教授、该研究的通讯作者Harold Zakon说:“这很令人兴奋,因为我们可以看到基因的一个小变化可以完全改变它的表达位置。”

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密歇根州立大学和得克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员在新论文中报告了他们的发现,他们发现了这个钠通道基因的一个大约20个字母长的短节,可以调节该基因在特定细胞的表达。他们验证了这一控制区域在电鱼中要么被改变,要么完全没有。正因为如此,两个钠通道基因中的一个在电鱼的肌肉中被禁用。然而,其影响远远超过了电鱼的发展。

Zakon说:“这个控制区域存在于大多数脊椎动物中,包括人类。因此,就人类健康而言,下一步将是在人类基因数据库中检查这个区域,看看正常人有多少变异,以及这个区域的一些缺失或突变是否会导致钠通道的表达降低,从而可能导致疾病。”

该研究的第一作者是Sarah LaPotin,在研究时是Zakon实验室的研究技术人员,目前是犹他大学的博士生。除Zakon外,该研究的其他资深作者是得克萨斯大学奥斯汀分校的分子生物科学教授Johann Eberhart和密歇根州立大学综合生物学副教授Jason Gallant。

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Zakon说,在电器官进化之前,必须关闭肌肉中的钠通道基因。Zakon说:“如果它们在肌肉和电器官中都打开了这个基因,那么所有发生在电器官中的钠通道的新东西也会在肌肉中发生。因此,重要的是将该基因的表达隔离到电器官中,在那里它可以在不伤害肌肉的情况下进行进化。”

世界上有两组电鱼,一组在非洲,另一组在南美。研究人员发现,非洲的电鱼在控制区发生了突变,而南美的电鱼则完全失去了控制区。两个研究小组都得出了发展电器官的相同解决方案--失去了肌肉中钠通道基因的表达--尽管是通过两种不同的途径。

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“如果你把生命的磁带倒回去播放,它是以同样的方式回放,还是会找到新的方式前进?进化会以同样的方式反复进行吗?”Gallant说,他培育了来自南美的电鱼,这些电鱼被用于研究的一部分。“电鱼让我们尝试回答这个问题,因为它们已经反复进化出这些令人难以置信的特征。我们在这篇论文中摇摆不定,试图了解这些钠通道基因是如何在电鱼中反复丢失的。这确实是一项合作努力。”

研究人员希望回答的下一个问题之一是控制区是如何进化到开启电器官中的钠通道的。

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